RU2084071C1

RU2084071C1 - Linear electromagnetic motor

Info

Publication number: RU2084071C1
Application number: RU95110459A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Угаров; В.Ю. Нейман
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 1997-07-10

Abstract

FIELD: electromagnetic presses, hammers, and miscellaneous pulse-operated devices with translational-movement working elements. SUBSTANCE: motor has stator 1 accommodating coil 2 and armature 3 built up of cylindrical part 4 and disk part 5, guide frame 6 abutting against stator, slide bearings 7,8, reset spring 9, and adjusting shim 10. To increase specific energy of impact due to holding armature 3 during its initial stage of movement, ferromagnetic guide frame 6 has smaller cross-sectional area than stator 1 and is mounted for engaging external disk part of armature 3. EFFECT: improved specific energy of impact. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания электромагнитных прессов, молотов и других механизмов с поступательным движением рабочего органа. The invention relates to electric machines and can be used to create electromagnetic presses, hammers and other mechanisms with translational movement of the working body.

Известен электромагнитный двигатель, приводящий в движение рабочий орган пресса [1] состоящий из статора, смонтированной в нем катушкой и якорем, возвратной пружины и фиксаторов с регулировочными винтами для удержания якоря на этапе трогания. Known electromagnetic engine, which drives the working body of the press [1] consisting of a stator mounted in it by a coil and an armature, a return spring and retainers with adjusting screws to hold the armature during the pulling stage.

Основными недостатками такого устройства являются его низкий эксплуатационный ресурс и нестабильность работы вследствие износа фиксаторов. Другим не менее существенным недостатком рассматриваемого устройства является повышенный уровень шума. The main disadvantages of such a device are its low service life and instability due to wear of the clamps. Another no less significant drawback of this device is the increased noise level.

Последний недостаток частично устраняется в конструкции электромагнитного двигателя пресса, подробно рассмотренного в книге [2] содержащего цилиндрический статор с закрепленной внутри обмоткой, комбинированной формы якорь, состоящий из цилиндрической втяжной и притягивающейся дисковой частей, возвратную пружину и устройство удержания якоря, расположенного в верхней части двигателя. The last drawback is partially eliminated in the design of the electromagnetic motor of the press, described in detail in the book [2] containing a cylindrical stator with a winding fixed inside, a combined shape of an anchor, consisting of a cylindrical retractable and attracting disk parts, a return spring and an anchor retainer located at the top of the engine .

Принципиальное отличие конструкции в данной книге от [1] состоит в том, что двигатель снабжен устройством удержания, выполненным в виде цилиндрического электромагнита с внешним притягивающимся якорем, обмотка которого питается с помощью управляемого выпрямителя. Наличие удерживающего электромагнита позволяет повысить стабильность работы и повысить эксплуатационный ресурс электромагнитного двигателя пресса, а также значительно расширить его функциональные возможности. The fundamental difference between the design in this book and [1] is that the engine is equipped with a holding device made in the form of a cylindrical electromagnet with an external attracting armature, the winding of which is powered by a controlled rectifier. The presence of a holding electromagnet can improve stability and increase the operational life of the electromagnetic motor of the press, as well as significantly expand its functionality.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность и низкую надежность конструкции ввиду того, что устройство снабжено дополнительным электромагнитом с управляемым выпрямителем, что также ухудшает массогабаритные показатели. The disadvantages of this device include the complexity and low reliability of the design due to the fact that the device is equipped with an additional electromagnet with a controlled rectifier, which also affects the overall dimensions.

Известен также электропривод возвратно-поступательного движения для машин и устройств ударного (импульсного) действия [3] содержащий линейный электромагнитный двигатель, имеющий неподвижную часть с обмотками и ферромагнитный подвижный элемент, блок формирования управляющих импульсов, подключенный к обмоткам и соединенный с его входами генератор импульсов, снабженный по крайней мере одним установленным на неподвижной части двигателя удерживающим электромагнитом, а также блоком формирования импульсов удержания. Also known is a reciprocating electric drive for machines and shock (impulse) devices [3] comprising a linear electromagnetic motor having a fixed part with windings and a ferromagnetic movable element, a control pulse generating unit connected to the windings and connected to its inputs, a pulse generator, equipped with at least one holding electromagnet mounted on a fixed part of the engine, as well as a holding pulse generating unit.

Бесспорным достоинством данного устройства является высокая энергия удара. К основным недостаткам также, как и в предыдущем случае, следует отнести сложность и низкую надежность. The indisputable advantage of this device is its high impact energy. The main disadvantages as well as in the previous case, should include the complexity and low reliability.

Повышение энергии удара электромагнитных двигателей с удержанием якоря на этапе трогания является несомненным преимуществом ударных устройств. Increasing the impact energy of electromagnetic motors with holding the armature at the start-up stage is an undoubted advantage of shock devices.

Их основными недостатками являются сложность и низкая надежность. Это прежде всего связано с тем, что сам принцип работы ударных устройств с удержанием требует использования дополнительных вспомогательных механизмов в виде механических защелок или управляемых электромагнитов. Опыт эксплуатации таких устройств с удержанием якоря, выполненных в виде механической защелки, показывает уже в первые часы нестабильность работы двигателя пресса. Данная нестабильность определяется непостоянством усилия срыва с фиксаторов, зависящее от многих факторов (степени износа, наличия смазки и т.д.). Характерными особенностями электромагнитных двигателей, выполненных с устройствами удержания в виде управляемых электромагнитов, являются их сложность исполнения и существенные затраты на изготовление. Their main disadvantages are complexity and low reliability. This is primarily due to the fact that the very principle of the operation of shock devices with retention requires the use of additional auxiliary mechanisms in the form of mechanical latches or controlled electromagnets. The operating experience of such devices with anchor retention, made in the form of a mechanical latch, shows already in the first hours the instability of the operation of the press engine. This instability is determined by the inconsistency of the breakdown force from the clamps, depending on many factors (degree of wear, lubrication, etc.). The characteristic features of electromagnetic motors made with holding devices in the form of controlled electromagnets are their complexity of execution and significant manufacturing costs.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является электромагнитный двигатель пресса [4]
Общим признаком предлагаемого технического решения и рассмотренных по [1] и [2] является по-существу наличие линейного электромагнитного двигателя с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью и возвратной пружины.The closest analogue of the proposed technical solution is the electromagnetic engine of the press [4]
A common feature of the proposed technical solution and considered according to [1] and [2] is essentially the presence of a linear electromagnetic motor with a coil and an armature located inside, made in the form of a cylinder with a flat disk part and a return spring.

Электромагнитный двигатель пресса по [4] содержит цилиндрический статор, катушку и якорь. Основным достоинством двигателя пресса является повышение усилия удара за счет выполнения якоря в виде плоского диска и цилиндрического сердечника длиной (0,5.0,8) длины катушки, а стопа статора высотой (0,2. 0,5) длины катушки. The electromagnetic motor of the press according to [4] contains a cylindrical stator, a coil and an anchor. The main advantage of the press engine is an increase in the impact force due to the execution of an anchor in the form of a flat disk and a cylindrical core with a length (0.5.0.8) of the coil length, and a stator foot with a height (0.2. 0.5) of the coil length.

Помимо этого к числу достоинств двигателя рассматриваемого пресса следует также отнести его простоту конструкции. Вместе с тем недостатком конструкции является невысокая удельная энергия удара. In addition to the number of advantages of the engine of the press in question should also include its simplicity of design. However, the design drawback is the low specific impact energy.

Целью изобретения является повышение удельной энергии удара линейного электромагнитного двигателя при одновременном упрощении конструкции. The aim of the invention is to increase the specific impact energy of a linear electromagnetic motor while simplifying the design.

Указанная цель достигается тем, что линейный электромагнитный двигатель, содержащий статор с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью, расположенной внутри направляющего корпуса, и возвратную пружину, снабжен направляющим корпусом, выполненным из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору и установленным с возможностью взаимодействия с внешней дисковой частью якоря. This goal is achieved by the fact that a linear electromagnetic motor containing a stator with a coil located inside and an armature made in the form of a cylinder with a flat disk part located inside the guide body, and a return spring, is equipped with a guide case made of ferromagnetic material with a smaller cross-sectional area in relation to the stator and installed with the possibility of interaction with the external disk part of the anchor.

Такое конструктивное исполнение линейного электромагнитного двигателя за счет выполнения направляющего корпуса из ферромагнитного материала и возможности взаимодействия с ним внешней дисковой части якоря позволяет повысить его удельную энергию удара при существенном упрощении конструкции. Such a design of a linear electromagnetic motor due to the implementation of the guide body made of ferromagnetic material and the possibility of interaction with the external disk part of the armature can increase its specific impact energy with a significant simplification of the design.

Сущность изобретения заключается в объединении в одной конструкции двигателя и удерживающего устройства. The essence of the invention consists in combining in one design the engine and the holding device.

На чертеже показана конструкция предлагаемого линейного электромагнитного двигателя на этапе трогания якоря в режиме его удержания. The drawing shows the design of the proposed linear electromagnetic motor at the stage of moving the armature in the mode of its retention.

Линейный электромагнитный двигатель содержит статор 1 с размещенной внутри катушкой 2 и якорем 3, выполненным в форме цилиндрической 4 и дисковой 5 жестко связанных между собой частей, примыкающий к статору ферромагнитный корпус 6, являющийся одновременно направляющей якоря 3, подшипники скольжения 7, 8, возвратную пружину 9 и регулировочную ферромагнитную шайбу 10. Торцевая цилиндрическая часть якоря 4 и внутренняя дисковая часть якоря 5 образуют со статором 1 рабочие воздушные зазоры δ₁ и δ₂ Направляющий ферромагнитный корпус 6 по отношению к статору 1 выполнен конструктивно с меньшей площадью поперечного сечения.The linear electromagnetic motor contains a stator 1 with a coil 2 and an anchor 3 inside, made in the form of a cylindrical 4 and disk 5 of rigidly interconnected parts, a ferromagnetic housing 6 adjacent to the stator, which is at the same time an armature guide 3, sliding bearings 7, 8, a return spring 9 and an adjusting ferromagnetic washer 10. The end cylindrical part of the armature 4 and the inner disk part of the armature 5 form working air gaps δ ₁ and δ ₂ with the stator 1 Guide ferromagnetic body 6 with respect to the stator 1 is made structurally with a smaller cross-sectional area.

Линейный электромагнитный двигатель работает следующим образом. Linear electromagnetic motor operates as follows.

В исходном состоянии якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 9 находится в крайнем верхнем положении, т.е. внешняя дисковая часть 5 якоря 3 через регулировочную ферромагнитную шайбу 10 плотно поджата к направляющему ферромагнитному корпусу 6. In the initial state, the armature 3 under the action of the force of the return spring 9 is in its highest position, i.e. the outer disk part 5 of the armature 3 through the adjusting ferromagnetic washer 10 is tightly pressed to the guide ferromagnetic body 6.

При подаче на катушку 2 импульса напряжения в ней возбуждается магнитный поток Φ который последовательно замыкается по цепи: статор двигателя 1, направляющий ферромагнитный корпус 6, регулировочная ферромагнитная шайба 10, дисковая часть якоря 5, цилиндрическая часть якоря 4, рабочий воздушный зазор d₁, статор двигателя 1. В начальный момент времени усилие удержания F_y, образованное поверхностями внешней дисковой части якоря 5 и ферромагнитного направляющего корпуса 6, превышает усилие в рабочем воздушном зазоре Fδ₁ F_y > Fδ₁ и таким образом функция обмотки 2 двигателя в этот период заключается в создании усилия удержания якоря 3. По мере нарастания тока в цепи катушки 2 и увеличения рабочего магнитного потока Φ происходит насыщение участков магнитной цепи направляющего ферромагнитного корпуса 6. Это приводит к увеличению его магнитного сопротивления и перераспределению пути замыкания основного магнитного потока F статор двигателя 1, рабочий воздушный зазор d₂ дисковая часть якоря 5, цилиндрическая часть якоря 4, рабочий воздушный зазор δ₁ статор двигателя 1. Начиная с момента времени, когда F_y < Fδ₁+ Fδ₂, происходят отрыв якоря 3 и ускоренное его перемещение. При отключении импульса напряжения якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 9 возвращается в исходное состояние.When a voltage pulse is applied to coil 2, a magnetic flux Φ is excited in it, which is sequentially closed by a circuit: motor stator 1, guiding ferromagnetic casing 6, adjusting ferromagnetic washer 10, disk armature 5, cylindrical armature 4, working air gap d ₁ , stator engine 1. At the initial time, the holding force F _y formed by the surfaces of the outer disk portion of the armature 5 and the ferromagnetic guide body 6 exceeds the force in the working air gap Fδ ₁ F _y > Fδ ₁ and thus The role of the motor winding 2 during this period consists in creating an armature 3 holding force. As the current in the coil 2 circuit increases and the working magnetic flux Φ increases, the magnetic circuit sections of the guide ferromagnetic casing 6 become saturated. This leads to an increase in its magnetic resistance and redistribution of the short circuit the main magnetic flux F stator of the motor 1, the working air gap d ₂ disc portion of the armature 5, the cylindrical portion of the armature 4, a working air gap δ motor ₁ stator 1. Starting from the time vre tim when F _y <Fδ ₁ + Fδ _2, the armature 3 is detached and its accelerated movement. When you turn off the voltage pulse, the armature 3 under the action of the force of the return spring 9 returns to its original state.

Такое конструктивное исполнение позволяет повысить ток трогания якоря и тем самым увеличить его конечную скорость движения и как следствие этого энергию удара. This design allows you to increase the pulling current of the armature and thereby increase its final speed and, consequently, the impact energy.

Для регулирования усилия удержания якоря 3 и энергии удара в процессе настройки двигателя путем изменения поверхности соприкосновения внешней дисковой части якоря 5 с направляющим ферромагнитным корпусом 6 предусмотрена регулировочная ферромагнитная шайба 10. To regulate the holding force of the armature 3 and the impact energy in the process of tuning the engine by changing the contact surface of the outer disk part of the armature 5 with the guide ferromagnetic body 6, an adjusting ferromagnetic washer 10 is provided.

Для предотвращения влияния нерабочих потоков технологический зазор Δ следует выбирать максимально возможным. To prevent the influence of idle flows, the technological gap Δ should be selected as possible.

Claims

A linear electromagnetic motor containing a stator with a coil and an armature in it, made in the form of a cylinder with a flat disk part located inside the guide housing, and a return spring, characterized in that the guide housing is made of ferromagnetic material with a smaller cross-sectional area relative to the stator and installed with the ability to interact with the external disk part of the anchor.